[發(fā)明專利]用于將電路載體與殼體部件進(jìn)行組裝的方法及光學(xué)單元

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410222316.5
• 申請(qǐng)日: 2014-05-23
• 公開（公告）號(hào): CN104185413B
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬丁·哈德格;亨利·舒爾策
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 洛克威爾自動(dòng)控制安全公司
• 主分類號(hào): H05K13/04
• 分類號(hào): H05K13/04;G02B6/42
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11227
• 代理人: 王萍,陳煒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于將電路載體與殼體部件進(jìn)行組裝的方法，此外還涉及使用這種特定的將電路載體與殼體部件進(jìn)行組裝并且對(duì)準(zhǔn)的方法制造的用于發(fā)射和/或接收輻射的光學(xué)單元。

背景技術(shù)

在組裝電子部件時(shí)，通常將它們安裝在某種電路載體上，并且電路載體必須要安裝在形成殼體或作為該殼體的一部分的機(jī)械零件處或機(jī)械零件內(nèi)。在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中，例如當(dāng)組裝光電部件如發(fā)光二極管(LED)或光接收部件如光電二極管時(shí)，必須要實(shí)現(xiàn)電子部件相對(duì)于殼體、或另外的機(jī)械或光學(xué)零件(如透鏡和孔)、或殼體的開口的特別準(zhǔn)確的定位。通常借助于某種機(jī)械配件、或通過(guò)在印刷電路板(PCB)上設(shè)置借助于自動(dòng)組裝設(shè)備對(duì)其進(jìn)行光學(xué)評(píng)估的基準(zhǔn)來(lái)完成該對(duì)準(zhǔn)。對(duì)PCB的對(duì)準(zhǔn)借助于機(jī)械定位輔助如開口來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，必須要考慮兩個(gè)對(duì)準(zhǔn)步驟的公差。例如，通過(guò)設(shè)置在電路載體的金屬化層中的結(jié)構(gòu)如十字、圓圈等來(lái)形成基準(zhǔn)。

然而，特別對(duì)于光電應(yīng)用，仍然需要提供以下改進(jìn)了的對(duì)準(zhǔn)方法，該對(duì)準(zhǔn)方法使得殼體部件與電子部件之間的定位具有更高的準(zhǔn)確性，此外可以以更具成本效益并且簡(jiǎn)單的方式來(lái)進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容

通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的主題解決了本目的。根據(jù)本發(fā)明的方法及光學(xué)單元的有利實(shí)施方式為從屬權(quán)利要求的主題。

本發(fā)明是基于以下思想：可以通過(guò)將電子部件自身用作其位置的指示器來(lái)實(shí)現(xiàn)殼體部件中的開口與組裝在電路載體上的電子部件之間最準(zhǔn)確的對(duì)準(zhǔn)。因此電子部件自身具有基準(zhǔn)的功能，并且其位置相對(duì)于殼體部件中的開口被評(píng)估。該解決方案首先具有以下優(yōu)點(diǎn)：未使用將另外的公差及不準(zhǔn)確性引入對(duì)準(zhǔn)處理的中間結(jié)構(gòu)。此外，由于除所組裝的電子部件以外無(wú)需設(shè)置另外的基準(zhǔn)或機(jī)械對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，所以簡(jiǎn)化了生產(chǎn)過(guò)程。

除開口以外，殼體部件的外圍區(qū)域或透明區(qū)域也可以用于將殼體部件與安裝的電子部件對(duì)準(zhǔn)。

在對(duì)準(zhǔn)步驟之后，電路載體與殼體部件彼此機(jī)械地連接以保持對(duì)準(zhǔn)位置。

用于對(duì)準(zhǔn)電路載體的一種很好地確立了的可能性是借助于相機(jī)進(jìn)行光學(xué)評(píng)估，其中通過(guò)以下來(lái)監(jiān)視電子部件的位置：通過(guò)第一開口或另外的機(jī)械參照來(lái)拍攝電子部件的圖像，并且數(shù)字地評(píng)估這些圖像以得到這兩個(gè)部件相對(duì)于彼此的準(zhǔn)確位置。例如，對(duì)于沒(méi)有孔的光學(xué)系統(tǒng)，電路載體上的芯片必須相對(duì)于透鏡的光軸被對(duì)準(zhǔn)。

本發(fā)明特別適合于使殼體的零件與安裝有光電部件的電路載體對(duì)準(zhǔn)。這樣的光電部件可以是發(fā)光二極管(LED)、或用于接收輻射的光電二極管，但也可以是用于安全和監(jiān)視應(yīng)用的飛行時(shí)間(time-of-flight)元件。

將電路載體固定至殼體部件的特別有效的方式是進(jìn)行激光焊接步驟。為此，可以為印刷電路板設(shè)置使得激光束能夠被引導(dǎo)至殼體部件的第二開口。如果殼體部件在第二開口的位置處包括相應(yīng)的可焊接材料，則借助于激光束來(lái)熔化可焊接材料并且建立至電路載體的連接。

替選地或另外地，還可以進(jìn)行熱沖壓步驟。此外，還可以使用將兩個(gè)零件彼此固定的任何其它適合的方法如粘合或包覆成型(overmolding)。

如果開口為在光電部件的操作期間意在使入射或發(fā)射輻射束成形的光學(xué)功能性孔，則安裝在電路載體上的光電部件與設(shè)置在殼體部件中的開口之間的準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)具有特別的相關(guān)性。例如，在光幕與光障的應(yīng)用領(lǐng)域中，通常要求輻射束具有小的開口角。為此，在發(fā)光元件前面布置具有限定直徑的孔以減小開口角。

另一方面，對(duì)于接收元件，孔也可以有利地濾除任何噪聲輻射。

在任何情況下，必須盡可能精確地關(guān)于光學(xué)部件的光軸來(lái)設(shè)置孔。

本發(fā)明特別有利于借助于板上芯片技術(shù)安裝的電子部件。然而，本發(fā)明當(dāng)然也可以用于SMD(表面安裝器件)部件。此外，如果直接使用發(fā)光二極管(LED)在其SMD殼體內(nèi)的芯片位置進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，則可以通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的對(duì)準(zhǔn)技術(shù)來(lái)消除該LED芯片在SMD殼體內(nèi)的位置的不準(zhǔn)確性。由于SMD殼體內(nèi)LED芯片的公差較大，與COB部件相比本發(fā)明的對(duì)準(zhǔn)的效果更高。

為確保任何所生成的熱快速散去并且此外為確保保持熱膨脹盡可能低，可以使用所謂的MCPCB(金屬芯印刷電路板)作為電路載體。金屬芯通常包括被電絕緣外層覆蓋的鋁合金。然而，本發(fā)明的原理當(dāng)然也可以用于任何其它種類的電路載體如陶瓷電路載體或印刷電路板。

為建立殼體部件與電路載體之間的預(yù)定距離，可以在電路載體處設(shè)置一個(gè)或更多個(gè)間隔元件。這可以是例如覆蓋印刷電路板的表面的一部分的插入成型件(insert molding)。